生草對蘋果園小氣候環境及蘋果葉片的影響

關鍵詞：干旱荒漠區；蘋果；自然生草；小氣候環境；葉片

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0067

中圖分類號：S661.1 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2023）12015810

蘋果（Malus domestica Borkh.）屬薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus Mill.）植物，是我國主要栽培果樹。清耕模式下，果樹生長與果園小氣候均易受地域氣候的影響，而果園生草對此能起到緩沖和調節作用。果園生草技術在歐美等發達國家已發展到成熟階段，而我國起步較晚[12]，目前多應用于科學研究、示范園、適宜種植區，未能充分地推廣應用。果園生草技術作為一種現代化可持續發展的土壤管理模式[3]，能夠改善果園的小氣候環境[4]，促進果樹的生長[56]。近年來，果園采用人工種草或自然生草來覆蓋裸露土壤的管理新模式已在梨[7]、蘋果[8]、葡萄[9]、棗[10]等果園得到應用[11]。有研究發現，生草在夏季可降低果園氣溫而秋季可增加果園氣溫[12]。李會科等[13]研究發現，蘋果園種草可提高果園空氣相對濕度，降低風速。白崗栓等[14]研究發現，蘋果園自然生草可有效降低果樹行間的光照強度。郭曉睿等[15]研究表明，果園生草在氣溫較低時對土壤有增溫作用，在氣溫較高時對土壤有降溫作用。楊夢宇等[16]研究發現，溫室生草后桃樹葉片的比葉重、葉厚、葉面積及葉綠素含量均明顯增加。董亞芳等[17]研究發現，文冠果葉溫日變化與氣溫、光合有效輻射呈顯著正相關。果園生草技術在我國諸多地區均有應用，而在干旱荒漠區生草對果園小氣候環境及果樹生長的影響研究明顯滯后。因此，本研究以新疆干旱荒漠區富士蘋果為試驗材料，研究自然生草對蘋果園小氣候環境及蘋果葉片的影響，以期為干旱荒漠區果園生草技術的推廣提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2021—2022 年在新疆第十四師皮山農場7 連2 號地蘋果園進行。皮山農場（37°13′35″N、77°47′39″E）地處昆侖山北麓、塔克拉瑪干大沙漠南緣，農場地勢南高北低，平均坡度0.08°，海拔1 250-1 350 m，年平均氣溫11.9 ℃，極端高溫41.0 ℃，極端低溫-22.9 ℃，年均日照時數2 466.8 h，年均日照百分率59%，≥10 ℃的積溫4 303.1 ℃，無霜期205 d，年均降水量49.4 mm，年均蒸發量2 412.9 mm，沙塵暴日數30.4 d，屬于大陸性暖溫帶干旱荒漠氣候區。

1.2 試驗材料

供試果園建于2016 年，面積2 hm²，南北行向，株距和行距分別為1.5 m和4.0 m，供試蘋果為紅富士（Malus Domestica Borkh cv. Red Fuji），砧木為新疆野蘋果（Malus Sieversii （Ledeb.） Roem.），樹形為小冠疏層形，喬化栽培，全園采用滴水灌溉。試驗前果園土壤管理為半自然生草半清耕狀態，果園土壤肥力和環境狀況基本一致。果園地被植物主要為豬毛菜（Salsola collina）、刺沙蓬（Salsolatragus）、敗醬草（Herba Patriniae）、灰綠黎（Chenopodium glaucum）、苜蓿（Medicago sativa）、狗尾草（Setaira viridis）、蘆葦（Phragmites autralis）等，均自由生長在行間或樹盤下且自我繁殖速度較快，根系多分布于0—40 cm土層。

1.3 試驗設計

試驗共設2 個處理，即清耕與自然生草。①清耕：2021年3月底用小型旋耕機對全園進行旋耕（深度15 cm），2021年3月至2022年7月每隔2個月對全園旋耕1次，同時去除果樹行間及樹盤下的雜草并及時帶出果園，保持果園沒有雜草生長。②自然生草：2021年3月底果園用小型旋耕機旋耕后，2021年3月至2022年7月不進行旋耕和除草，讓雜草自然生長。自然生草期間雜草高度低于60 cm且始終未進行刈割。

以果園清耕為對照，監測自然生草第2年夏季果園小氣候因子、蘋果葉溫日變化及蘋果葉片指標。試驗采用完全隨機設計，3次重復，共6個小區，小區南北長50 m，東西寬50 m，均有12行果樹，每行33株。試驗期間不同處理的施肥、病蟲防治、修剪等管理措施均相同。

1.4 指標測定與方法

1.4.1 冠層小氣候因子與土壤溫度測定 2022年6月26日（晴朗無云），采用5點取樣法，在清耕與自然生草處理各小區樹行中選取5株蘋果樹作為冠層小氣候因子[14]的待測樣樹，利用電子溫濕度計（AR827，上海雨沃儀器設備有限公司）、照度計（TES1332A，深圳市歐亞精密儀器有限公司）、手持式風速儀（AN-20，上海瑞宏檢測技術有限公司）于當地時間9：00—21：00間，每2 h同步測定1次蘋果上、中、下冠層（240、160、80 cm）的氣溫、空氣相對濕度、風速、光照強度，每株樣樹各冠層小氣候因子按東、西、南、北4個方位進行測定，測定位置距樣樹主干 80 cm，每小區各項指標均重復測定20次。清耕與自然生草處理各小區中心位置果樹行間分別布設1組5支組地溫計（廣州康司迪電子儀表科技有限公司）對地下5、10、15、20、25 cm處土壤溫度[13]日變化進行同步測量，每次讀數取3次重復。

1.4.2 葉片質量指標測定 2022年6月26日在清耕與自然生草處理各小區分別隨機選取蘋果樹冠中上部新梢的中部功能葉片30枚，用數顯游標卡尺（ACE101-150，東莞市快捷量具儀器有限公司）測定葉長、葉寬、葉片厚度（10枚葉片重疊，重復10次），用手持式葉面積測量儀（YMJ-A，山東恒美電子科技有限公司）測定蘋果葉片的葉面積，每小區測定30枚葉片[16]。各小區按上述方法采集100枚蘋果葉片密封于裝有冰袋的泡沫箱中帶回實驗室，用電子天平（JY-20002，上海金鵬分析儀器有限公司）稱量10枚鮮葉的質量，每小區重復測定10次，用打孔器法[16]測定并計算比葉重（g·cm^-2），每小區重復10次。比葉重計算公式如下。

比葉重=葉圓片干重/葉圓片面積 （1）

1.4.3 葉溫與葉綠素SPAD值測定 2022年6月26 日，用葉綠素測定儀[18]（YT-YB，山東云唐智能科技有限公司）于當地時間9：00—21：00，每2 h測定1次蘋果葉片的葉面溫度，葉綠素SPAD值僅在13：00時測定。在清耕與自然生草處理各小區選取蘋果樹冠中層南側外圍新梢的中部功能葉進行測定，每小區隨機選取10株待測樣樹，每株測定3枚葉片，共測定30枚葉片。

1.5 數據分析

采用Excel 2021制作圖表并進行灰色關聯度分析，利用DPS 7.55軟件進單因素方差分析、通徑分析，采用鄧肯氏新復極差檢驗法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 自然生草對蘋果樹冠中層氣溫、空氣相對濕度日變化的影響

由圖1可知，清耕處理蘋果樹冠中層氣溫在早晨略低于自然生草處理。清耕與自然生草處理蘋果樹冠中層氣溫日變化呈單峰曲線，二者從早上9：00迅速上升，在15：00達到峰值，峰值分別為29.5和29.0 ℃，處理間差異顯著（Plt;0.05），峰值后迅速下降。清耕與自然生草處理在9：00—21：00間蘋果樹冠中層最低氣溫分別為23.5和23.7 ℃，日平均氣溫分別為27.4和27.2 ℃，處理間差異均不顯著（Pgt;0.05）。清耕與自然生草處理蘋果樹冠中層空氣相對濕度日變化呈先迅速降低后緩慢上升的趨勢，自然生草的瞬時值均大于清耕；2個處理均在17： 00 時存在低谷，谷值分別為26.1% 和27.3%，處理間差異顯著（Plt;0.05）。清耕與自然生草處理在9：00—21：00間蘋果樹冠中層最大空氣相對濕度分別為52.5% 和53.3%，處理間差異顯著（Plt;0.05）；日平均空氣相對濕度分別為34.0%和35.0%，處理間差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.2 自然生草對蘋果樹冠中層光照強度和下層風速日變化的影響

由圖2可知，自然生草處理蘋果樹冠中層的光照強度和下層風速的瞬時值均小于清耕處理。清耕與自然生草處理蘋果樹冠中層光照強度日變化呈單峰曲線，二者光照強度從9：00時迅速增強，在15：00時達到峰值，分別為79 717和75 375 lx，處理間差異顯著（Plt;0.05），峰值后均迅速減弱。清耕與自然生草處理在9：00—21：00間蘋果樹冠中層最小光照強度分別為27 267和26 200 lx，處理間差異顯著（Plt;0.05）；日平均光照強度分別為56 377和54 245 lx，處理間差異不顯著（Pgt;0.05）。清耕與自然生草處理蘋果樹冠下層風速日變化總趨勢相同，二者均有2個峰值和2個谷值，第1個峰值分別為0.55和0.49 m·s^-1，第2個峰值分別為0.46和0.43 m·s^-1，第1個谷值分別為0.32和0.29 m·s^-1，第2個谷值分別為0.29和0.22 m·s^-1，處理間均存在顯著差異（Plt;0.05）。清耕與自然生草處理在9：00—21：00間蘋果樹冠下層最大風速分別為0.57和0.49 m·s^-1，處理間差異顯著（Plt;0.05）；風速日均值分別為0.42 和0.37 m·s^-1，處理間差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.3 蘋果冠層小氣候環境的灰色關聯度分析

由表1 可知，蘋果各冠層氣溫、空氣相對濕度、光照強度、風速的權重分別為0.256 6、0.221 8、0.180 4、0.341 2。清耕與自然生草處理蘋果上、中、下冠層小氣候因子與其最優值的關聯度大小排序為：自然生草下層（0.223 9）gt;自然生草中層（0.163 7）gt;清耕中層（0.126 3）gt;清耕下層（0.123 1）gt;自然生草上層（0.112 2）gt;清耕上層（0.094 9）。根據灰色關聯度分析原理可知，關聯度大的數列與參考數列關系緊密，關聯度小的數列與參考數列關系疏遠，因此，可以通過比較關聯度的大小來評價小氣候環境優劣。由關聯度大小排序可知，自然生草處理蘋果上、中、下冠層小氣候因子與參考數列的關聯度均比清耕處理對應冠層大，說明自然生草處理對蘋果各冠層小氣候環境的調節作用更強。清耕與自然生草處理同一冠層小氣候因子與參考數列關聯度的差值依次為：上層（0.017 3）lt;中層（0.037 4）lt;下層（0.100 8），可見自然生草處理對蘋果冠層小氣候環境的調節作用隨冠層高度的增加而逐漸減弱。

2.4 自然生草對果園土壤溫度日變化的影響

由圖3可知，清耕與自然生草處理土壤溫度均隨土壤深度的增加而遞減，二者土壤溫度日變化趨勢相同，呈單峰曲線。清耕與自然生草處理，地下5、10、15、20、25 cm處土壤溫度隨時間推移逐步升高，在17：00時達到峰值，各處峰值處理間均存在顯著差異（Plt;0.05），峰值后逐漸下降。清耕與自然生草處理地下5、10、15 cm處土壤溫度日變化波動較大，升溫階段清耕處理土壤溫度瞬時值均高于自然生草處理，降溫階段自然生草處理土壤溫度分別在18：00、19：00、21：00完成對清耕處理的反超。地下20、25 cm處土壤溫度日變化較為平穩，且自然生草處理土壤溫度一直低于清耕處理。自然生草處理土壤的升溫和降溫速度均比清耕處理慢，土壤越淺表現越明顯。自然生草與清耕處理在9：00—21：00間，地下5、10、15、20、25 cm處的土壤最大溫差分別出現在13：00、13：00、15：00，17：00、17：00，處理間存在顯著差異（Plt;0.05），自然生草處理土壤日平均溫度分別比清耕處理降低0.7、0.6、0.5、0.3、0.2 ℃，處理間差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.5 自然生草對蘋果葉片質量的影響

由表2可知，自然生草處理蘋果葉片的葉長顯著大于清耕處理，較清耕處理增加6.32%（Plt;0.05）；葉寬較清耕處理顯著增加3.85%（Plt;0.05）；葉面積較清耕處理顯著增加9.58%（Plt;0.05）；葉片厚度較清耕處理顯著增加4.20%（Plt;0.05）；葉鮮重較清耕處理顯著增加13.09%（Plt;0.05）；比葉重較清耕處理顯著增加16.19%（Plt;0.05）；葉綠素SPAD值較清耕處理顯著增加4.92%（Plt;0.05）。可見，自然生草處理能促進蘋果葉片的生長，改變葉片性狀，提高葉片干物質及葉綠素含量。

2.6 自然生草對蘋果葉溫日變化的影響

由圖4可知，自然生草與清耕處理蘋果葉溫日變化呈單峰變化曲線，自然生草葉溫瞬時值均低于清耕處理，二者均從早上9：00時迅速上升，在午間15：00 時達到峰值，峰值分別為32.06 和32.54 ℃，處理間差異顯著（Plt;0.05），峰值后均迅速下降。自然生草與清耕處理在9：00—21：00間最低葉溫分別為25.97和26.22 ℃，處理間差異不顯著（Pgt;0.05）；溫差最大時葉溫分別為27.92 和28.96 ℃，處理間差異顯著（Plt;0.05）；二者日平均葉溫分別為29.16和29.84 ℃，處理間差異不顯著（Pgt;0.05）。與清耕處理相比，自然生草處理下蘋果葉溫具有升溫較慢、降溫較快的特點。

2.7 果園小氣候因子對蘋果葉溫變化的通徑分析

清耕與自然生草處理果園小氣候因子對蘋果葉溫變化的通徑分析見表3，2個處理下果園的氣溫、空氣相對濕度、土壤溫度對蘋果葉溫變化有負向直接作用，其中氣溫、土壤溫度通過其他因子對葉溫變化產生明顯的正向間接作用，而空氣相對濕度通過其他因子對葉溫變化產生負向間接作用。清耕與自然生草處理果園的光照強度對蘋果葉溫變化有正向直接作用，其通過其他因子對葉溫變化產生負向間接作用。由決策系數可以看出，清耕與自然生草處理果園的氣溫、土壤溫度對蘋果葉溫變化有限制作用，其中自然生草處理的限制作用更強；空氣相對濕度、光照強度是蘋果葉溫變化的主要決定因子，其中清耕處理的影響作用更強。因此，清耕處理蘋果葉溫更易受果園小氣候因子的影響。

3 討 論

3.1 冠層小氣候環境分析

在相同的大氣環境條件下，果園小氣候環境不僅受果樹樹種、樹齡、栽培模式、修剪等影響，還與地面管理模式有關[4，13]。本研究表明，清耕與自然生草處理蘋果樹冠中層氣溫、空氣相對濕度、光照強度及下層風速日變化趨勢相同；與清耕處理相比，自然生草處理蘋果樹冠中層降低了氣溫，增加了空氣相對濕度，減弱了光照強度，且在15：00左右效果最好，這與白崗栓等[14]研究結果相同。另外，自然生草處理下蘋果樹冠下層風速較清耕處理明顯降低，這與李會科等[13]研究結果一致。本研究中，自然生草處理蘋果樹冠中層在9：00的氣溫略高于清耕處理，這可能與果園生草處理在夜間的增溫作用有關。灰色關聯度分析表明，新疆干旱荒漠區蘋果園自然生草處理的小氣候效應優于清耕處理，這與李會科等[13]在渭北旱地蘋果園生草的小氣候環境效應相同。

3.2 土壤溫度變化分析

果園土壤溫度受大氣溫度、太陽熱輻射、地面覆蓋物、土壤導熱性等影響[4]。本研究表明，清耕與自然生草處理土壤溫度日變化趨勢相同，土壤越淺溫度日變化波動越大，土壤越深溫度日變化越平穩；自然生草處理對土壤溫度變化有緩沖作用，土壤越淺效果越明顯，這與楊夢宇等[20]、宋同清等[21]的研究結果相同。本研究表明，自然生草處理地下5、10、15、20、25 cm處土壤日平均溫度分別比清耕處理降低0.7、0.6、0.5、0.3、0.2 ℃，這與張義等[22]、王銳等[23]、Wu等[24]研究結果相同。本研究中自然生草處理土壤溫度在午后降溫階段出現高于清耕處理的情況，這可能與果園生草的保溫作用有關。

3.3 蘋果葉片指標分析

小氣候是果樹生長發育重要的環境因子[4]，果園生草后果園的小氣候環境隨之發生變化，為果樹葉片生長和葉綠素合成提供了有利的環境條件。馬正巖[25]研究表明，蘋果園自然生草可促進蘋果葉片生長，葉片的葉面積、葉重、葉厚顯著增加。焦潤安等[5]研究表明，生草可明顯提高蘋果葉片的葉綠素含量。趙建貴等[26]研究發現，溫室的室溫直接影響番茄葉溫變化，室內光照強度、土壤溫度通過室溫間接影響葉溫變化。本研究表明，蘋果園自然生草后蘋果葉片的性狀發生變化，葉長、葉寬、葉面積、葉鮮重、比葉重、葉綠素SPAD值顯著增加，葉溫明顯降低，這與前人的研究結果相同。

綜上所述，新疆干旱荒漠區蘋果園自然生草處理對小氣候環境的調節作用優于清耕處理，其形成新的小氣候環境更有利于蘋果葉片的生長。與清耕處理相比，自然生草處理降低了蘋果樹冠中層氣溫、增加了空氣相對濕度，削減了光照強度，降低了樹冠下層風速；其對土壤的降溫作用隨土壤深度的增加而減弱。自然生草處理改變了蘋果葉片的性狀，增加了葉片干物質含量，促進了葉綠素合成，降低了蘋果葉溫。研究結果表明，在新疆干旱荒漠區惡劣的環境條件下，果園生草技術適宜在果樹生產中推廣應用。

（責任編輯：胡立霞）